đồ án thiết kế lắp ráp thiết bị sấy tầng sôi

Ý NGHĨA KINH TẾ VÀ KỸ THUẬT CỦA THIẾT BỊ SẤY TẦNG SÔI Việc làm ra tinh bột sắn đã có từ lâu đời trong nhân dân ta. Bằng những công nghệ thô sơ mà cũng sản xuất ra được những loại tinh bột có chất lượng cao, mặc dù hiệu suất thu hồi thấp. Từ dạng củ chuyển thành tinh bột là đã tạo ra một loại hàng hóa có giá trị cao. Nó được sử dụng rộng rãi và thuận tiện để chế biến ra các món ăn rất được ưa thích. Hiện nay với công nghệ sản xuất hiện đại, việc làm ra tinh bột sắn được tự động hóa và công đoạn sấy không mất nhiều thời gian cũng như chất lượng sản phẩm. Tuy nhiên với điều kiện thời tiết thay đổi không ổn định như ngày nay thì việc chọn lựa phương pháp sấy và thiết bị sấy là rất quan trọng. Với kích thước hạt tinh bột bé thì phương pháp sấy tầng sôi là phù hợp nhất. Hệ thống sấy tầng sôi này hoạt động liên tục. Luồng không khí nóng với áp lực lớn đẩy nguyên liệu tung lên nhằm sấy nhanh chóng tức thì, tốc độ truyền nhiệt nhanh, do vậy lượng nước ngậm trong nguyên liệu được bay hơi nhanh và theo khí nóng thoát ra ngoài. Chất lượng sản phẩm khá đồng đều, tiết kiệm được nhiều chi phí. Vì thế, việc nghiên cứu và phát triển hệ thống sấy tầng sôi để đưa vào trong sản xuất là đáp ứng thiết thực nhu cầu của ngành công nghiệp nước ta.

Chương 1

Ý NGHĨA KINH TẾ VÀ KỸ THUẬT CỦA THIẾT BỊ SẤY TẦNG SÔI

Việc làm ra tinh bột sắn đã có từ lâu đời trong nhân dân ta Bằng những công nghệthô sơ mà cũng sản xuất ra được những loại tinh bột có chất lượng cao, mặc dù hiệu suấtthu hồi thấp Từ dạng củ chuyển thành tinh bột là đã tạo ra một loại hàng hóa có giá trịcao Nó được sử dụng rộng rãi và thuận tiện để chế biến ra các món ăn rất được ưa thích.Hiện nay với công nghệ sản xuất hiện đại, việc làm ra tinh bột sắn được tự động hóa vàcông đoạn sấy không mất nhiều thời gian cũng như chất lượng sản phẩm Tuy nhiên vớiđiều kiện thời tiết thay đổi không ổn định như ngày nay thì việc chọn lựa phương phápsấy và thiết bị sấy là rất quan trọng

Với kích thước hạt tinh bột bé thì phương pháp sấy tầng sôi là phù hợp nhất Hệthống sấy tầng sôi này hoạt động liên tục Luồng không khí nóng với áp lực lớn đẩynguyên liệu tung lên nhằm sấy nhanh chóng tức thì, tốc độ truyền nhiệt nhanh, do vậylượng nước ngậm trong nguyên liệu được bay hơi nhanh và theo khí nóng thoát ra ngoài.Chất lượng sản phẩm khá đồng đều, tiết kiệm được nhiều chi phí Vì thế, việc nghiên cứu

và phát triển hệ thống sấy tầng sôi để đưa vào trong sản xuất là đáp ứng thiết thực nhucầu của ngành công nghiệp nước ta

Chương 2 CÔNG NGHỆ SẤY TINH BỘT SẮN TẦNG SÔI 2.1 Tổng quan về củ sắn (khoai mì)

2.1.1 Nguồn gốc củ sắn

Sắn (hay còn gọi là khoai mì) thuộc chi

Manihot, loài M.esculenta Sắn có nguồn gốc ở vùng

nhiệt đới của châu Mỹ La Tinh và được trồng cách

đây khoảng 5000 năm, nó phát nguồn từ vùng đông

bắc của nước Brasil thuộc lưu vực sông Amazone

Đến giữa thế kỷ 18, sắn được du nhập vào Việt Nam

và được trồng ở khắp nơi từ nam chí bắc Tuy nhiên

do quá trình sinh trưởng và phát dục của sắn kéo dài,

giữ đất lâu nên chỉ các tỉnh trung du và thượng du Bắc

Bộ như: Phú Thọ, Tuyên Quang, Hòa Bình … là điều

kiện trồng trọt thích hợp nhất Hình 2.1 Củ sắn

Sắn Việt Nam cũng bao gồm nhiều loại giống Nhân dân ta thường căn cứ vàokích thước, màu sắc củ, thân, gân lá và tính chất sắn đắng hay ngọt (quyết định bởi hàmlượng axit HCN cao hay thấp) mà tiến hành phân loại Tuy nhiên trong công nghệ sảnxuất tinh bột người ta phân thành hai loại: sắn đắng và sắn ngọt Hai loại này khác nhau

về hàm lượng tinh bột và độc tố Nhiều tinh bột thì hiệu quả sản xuất kinh tế cao, cònnhiều độc tố thì quy trình công nghệ phức tạp hơn

2.1.2 Cấu tạo và thành phần hóa học củ sắn

2.1.2.1 Cấu tạo

Củ sắn có dạng hình trụ, vuốt hai đầu Kích thước của củ tùy thuộc vào thành phầndinh dưỡng của đất và điều kiện trồng, dài 0,1÷1m, đường kính 2÷10 cm Cấu tạo gồm 4phần chính: lớp vỏ gỗ, vỏ cùi, phần thịt củ và phần lõi

Hình 2.2 Cấu tạo củ sắn (cắt ngang)

+ Vỏ gỗ: gồm những tế bào xếp sít, thành phần chủ yếu là cellulose và

hemicellulose, không có tinh bột, giữ vai trò bảo vệ củ khỏi tác động bên ngoài Vỏ gỗmỏng, chiếm 0,5÷5% trọng lượng củ Khi chế biến, phần vỏ gỗ thường kết dính với cácthành phần khác như: đất, cát, sạn và các chất hữu cơ khác

+ Vỏ cùi: dày hơn vỏ gỗ, chiếm từ 5÷20% trọng lượng củ Gồm các tế bào thành

dày, thành tế bào chủ yếu là cellulose, bên trong tế bào là các hạt tinh bột, các chất chứanitrogen và dịch bào Trong dịch bào có tanin, sắc tố, độc tố, các enzyme…Vỏ cùi cónhiều tinh bột 5÷8% nên khi chế biến nếu tách đi thì tổn thất tinh bột trong củ, nếu khôngtách thì nhiều chất dịch bào làm ảnh hưởng đến mà sắc của tinh bột

+ Thịt củ sắn: là thành phần chủ yếu trong củ, chiếm 70÷75% trọng lượng củ,

chứa 90÷95% hàm lượng tinh bột trong củ, gồm các tế bào nhu mô thành mỏng là chính,thành phần chủ yếu là cellulose, pentosan Bên trong tế bào là các hạt tinh bột, nguyên

Lõi sắn

Vỏ gỗ

Vỏ cùi

Thịt sắn

sinh chất, glucid hòa tan và nhiều nguyên tố vi lượng khác Những tế bào xơ bên ngoàithịt củ chứa nhiều tinh bột, càng về phía trong hàm lượng tinh bột giảm dần Ngoài các tếbào nhu mô còn có các tế bào thành cứng không chứa tinh bột, cấu tạo từ cellulose nêncứng như gỗ, gọi là xơ.

+ Lõi củ sắn: ở trung tâm dọc suốt cuống tới chuôi củ Ở cuống lõi to nhất rồi nhỏ

dần xuống chuôi, chiếm 0,3÷1% trọng lượng củ Thành phần lõi là cellulose vàhemicellulose

Ở nước ta, có nhiều loại sắn chứa hàm lượng độc tố khác nhau, nhưng xét về hàmlượng chất độc chứa trong củ mì thì có thể chia làm 3 nhóm sau:

+ Nhóm sắn vỏ đỏ (sắn ngọt): là loại củ có hàm lượng chất độc tương đối thấp,

hàm lượng HCN chung trong toàn củ thường là 4÷5mg/100g

+ Nhóm sắn vỏ vàng (sắn nghệ): là loại khoai mì có hàm lượng độc cao hơn mì vỏ

đỏ Hàm lượng HCN trong toàn củ trung bình là 10mg/100g

+ Nhóm sắn vỏ trắng (sắn đắng, sắn dù, sắn độc): có hàm lượng chất độc cao.

Hàm lượng HCN chung trong toàn củ trung bình là 15÷30mg/100g

Bảng 2.2 Phân bố hàm lượng HCN trong củ sắn

(Theo Viện vệ sinh dịch tễ học)

2.2 Tính chất chức năng và ứng dụng của tinh bột sắn

2.2.1 Tính chất chức năng của tinh bột sắn

+ Tính chất nhớt – dẻo:

Phân tử tinh bột chứa nhiều nhóm hydroxyl có khả năng liên kết được với nhaulàm cho phân tử tinh bột tập hợp lại, giữ nhiều phân tử nước hơn khiến cho dung dịch có

độ đặc, độ dính, độ dẻo và độ nhớt cao hơn

+ Khả năng tạo gel và thoái hóa:

Khi để nguội hồ tinh bột thì các phân tử sẽ tương tác với nhau và sắp xếp lại mộtcách có trật tự để tạo thành gel tinh bột có cấu trúc mạng ba chiều Để tạo được gel thìdung dịch tinh bột phải có nồng độ dung dịch đậm đặc vừa phải, phải được hồ hóa đểchuyển tinh bột thành trạng thái hòa tan và sau đó được để nguội ở trạng thái yên tĩnh

Vì tinh bột chứa amylose và amylopectin nên trong gel tinh bột có vùng kết tinh

và vùng vô định hình

Tinh bột cũng có thể đồng tạo gel với protein Nhờ tương tác này mà khả năng giữnước, độ cứng và độ đàn hồi của gel protein tốt hơn

Khi gel tinh bột để một thời gian, chúng sẽ co lại và một lượng dịch thể sẽ tách ra.Quá trình đó gọi là sự thoái hóa.

Có hiện tượng thoái hóa là do hình thành nhiều cầu hydro giữa các phân tử tinhbột Các phân tử amylose có mạch thẳng nên định hướng với nhau dễ dàng và tự do hơncác phân tử amylopectin Vì thế hiện tượng thoái hóa gần như chỉ có liên quan với cácphân tử amylose là chủ yếu Tốc độ thoái hóa sẽ tăng khi giảm nhiệt độ và sẽ đạt cực đại

ở pH = 7

+ Khả năng tạo màng:

Là do amylose và amylopectin dàn phẳng ra, sắp xếp lại và tương tác trực tiếp vớinhau bằng liên kết hydro hoặc gián tiếp qua phân tử nước

+ Khả năng tạo sợi:

Thông thường người ta tạo sợi như sau:

▪ Cho dịch tinh bột đã chuẩn bị qua 1 bảng có đục lỗ với đường kính lỗ thích hợp

▪ Các sợi mới hình thành vừa ra khỏi khuôn kéo còn ướt được nhúng ngay vào 1 bểđựng nước nóng để định hình nhờ tác dụng của nhiệt

▪ Các sợi đã hình thành được kéo ra khỏi bể rồi được nhúng tiếp vào bể nước lạnh đểcác phân tử liên hợp lại với nhau được chặt hơn và tạo được nhiều cầu hydro giữa cácphân tử hơn

▪ Các sợi tiếp đó được gia nhiệt để khử nước cũng như làm tăng lực cố kết và độcứng

2.2.2 Một số ứng dụng của tinh bột sắn trong ngành thực phẩm

- Tinh bột sắn để sản xuất mật tinh bột, đường glucose, bột ngọt, cồn, maltodextrin,

lysine, acid citric, xiro glucose và mạch nha giàu maltose

- Hồ vải, hồ giấy, colender, phủ giấy, bìa các tông.

- Trong sản xuất bánh kẹo, mì ăn liền, bún, miến, mì ống, mì sợi, bột khoai, bánh

tráng, hạt trân châu (tapioca).

- Phụ gia thực phẩm, phụ gia dược phẩm

- Sản xuất màng phủ sinh học, chất giữ ẩm

- Chất độn: làm tăng độ đặc trong súp và trái đóng hộp, kem và dược phẩm

- Chất kết nối: làm quánh các sản phẩm, giúp thực phẩm không bị khô khi nấu nhưxúc xích, thịt hộp

- Chất ổn định: sử dụng khả năng giữ nước cao như trong kem, bột nở, ngành dệt

- Thức ăn (thủy sản, gia súc)

2.3 Tổng quan về quá trình sấy

2.3.1 Giới thiệu chung

Sấy là quá trình dùng nhiệt năng để làm bay hơi nước ra khỏi vật liệu Quá trìnhnày có thể tiến hành bay hơi tự nhiên bằng năng lượng tự nhiên như: năng lượng mặt trời,năng lượng gió… (gọi là quá trình phơi hay sấy tự nhiên) Dùng phương pháp này thì đỡtốn nhiệt năng, nhưng không chủ động điều chỉnh được vận tốc của quá trình theo yêucầu kĩ thuật, năng suất thấp… Bởi vậy trong các ngày công nghiệp người ta thường tiếnhành quá trình sấy nhân tạo (dùng nguồn năng lượng do con người tạo ra)

Mục đích của quá trình sấy là làm giảm hàm lượng ẩm trong vật liệu, tăng hàmlượng chất khô, tạo ra nhiều tính chất đặc trưng cho sản phẩm, làm giảm hoạt độ nướctrong nguyên liệu nên ức chế hệ vi sinh vật và một số enzyme, giúp kéo dài thời gian bảoquản sản phẩm Đồng thời quá trình sấy có thể cải thiện một vài chỉ tiêu chất lượng của

Nguyên tắc của quá trình sấy là cung cấp năng lượng (nhiệt năng) để biến đổitrạng thái của pha lỏng (nước) trong vật liệu thành hơi Đây là quá trình không ổn định,

độ ẩm của vật liệu thay đổi theo không gian và thời gian

2.3.2 Các phương pháp sấy

Tùy theo phương pháp truyền nhiệt, trong kĩ thuật sấy có các phương pháp sau:

+ Sấy đối lưu: là phương pháp sấy cho tiếp xúc trực tiếp vật liệu sấy với không khí

nóng, khói lò,… (gọi là tác nhân sấy)

+ Sấy tiếp xúc: là phương pháp sấy không cho tác nhân sấy tiếp xúc trực tiếp với vật

liệu sấy, mà tác nhân sấy truyền nhiệt cho vật liệu sấy gián tiếp qua một vách ngăn

+ Sấy bằng tia hồng ngoại: là phương pháp sấy dùng năng lượng của tia hồng ngoại

do nguồn nhiệt phát ra truyền cho vật liệu sấy

+ Sấy bằng dòng điện cao tần: là phương pháp sấy dùng năng lượng điện trường có

tần số cao để đốt nóng trên toàn bộ chiều dày của lớp vật liệu

+ Sấy thăng hoa: là phương pháp sấy trong môi trường có độ chân không rất cao,

nhiệt độ rất thấp nên ẩm độ tự do trong vật liệu đóng băng và bay hơi từ trạng thái rắnthành hơi không qua trạng thái lỏng

+ Sấy tầng sôi: là phương pháp sấy thuộc nhóm sấy đối lưu, thích hợp cho sấy nông

Hệ thống sấy hầm

Trong hệ thống sấy hầm thiết bị sấy là một hầm sấy dài, vật liệu sấy vào ở đầu này

và ra ở đầu kia của hầm Thiết bị chuyển tải trong hệ thống sấy hầm thường là xe goònghoặc là băng tải Đặc điểm chủ yếu của hệ thống sấy hầm là bán liên tục hoặc liên tục.Cũng như hệ thống sấy buồng, hệ thống sấy hầm có thể sấy được nhiều dạng vật liệu sấy.Tuy nhiên do cấu tạo nên năng suất của hệ thống sấy hầm cao hơn hệ thống sấy buồng

Hệ thống sấy tháp

Trong hệ thống sấy này thiết bị sấy là một tháp sấy, trong đó người ta đặt một loạtkênh dẫn và kênh thải tác nhân sấy xen kẽ nhau Vật liệu sấy trong hệ thống sấy tháp làdạng hạt tự chảy từ trên xuống dưới Tác nhân sấy từ các kênh dẫn xuyên qua lớp hạtchuyển động đi vào các kênh thải để ra ngoài Như vậy, hệ thống sấy tháp là hệ thống sấychuyên dùng để sấy hạt Cùng dạng với hệ thống sấy tháp chúng ta cũng gặp những hệthống sấy tương tự, ở đó hạt chuyển động từ trên xuống còn tác nhân sấy đi ngang qualớp hạt thực hiện quá trình trao đổi nhiệt ẩm Hệ thống sấy tháp là hệ thống sấy liên tục

Hệ thống sấy thùng quay

Thiết bị sấy trong hệ thống sấy thùng quay như tên gọi là một thùng sấy hình trụtròn đặt nghiêng một góc nào đó Trong thùng sấy người ta bố trí các cánh xáo trộn Khithùng quay, vật liệu sấy vừa chuyển động từ đầu này đến đầu kia của thùng sấy vừa bịxáo trộn từ trên xuống dưới Tác nhân sấy cũng vào ở đầu này và ra ở đầu kia của thùngsấy Như vậy, hệ thống sấy thùng quay cũng là hệ thống sấy chuyên dùng để sấy hạt hoặccục nhỏ và có thể làm việc liên tục

Hệ thống sấy khí động

Có rất nhiều hệ thống sấy khí động Thiết bị sấy trong hệ thống sấy này có thể làmột ống tròn hoặc hình phễu, trong đó tác nhân sấy có tốc độ cao vừa làm nhiệm vụ sấyvừa làm nhiệm vụ vận chuyển vật liệu sấy từ đầu này đến đầu kia của thiết bị sấy Tốc độ

của tác nhân sấy có thể đạt (40 50) m/s Vật liệu sấy trong các hệ thống sấy này phải lànhững hạt, mảnh nhỏ và độ ẩm cần lấy đi trong quá trình sấy thường là độ ẩm bề mặt.

Hệ thống sấy tầng sôi

Trong hệ thống sấy tầng sôi, thiết bị sấy là một buồng sấy, trong đó người ta bố tríghi đỡ vật liệu sấy Tác nhân sấy có thông số thích hợp được đưa vào dưới ghi và làm chovật liệu sấy chuyển động bập bùng trên ghi như hình ảnh bọt nước sôi Vì vậy, người tagọi là hệ thống sấy tầng sôi Đây cũng là hệ thống sấy chuyên dùng để sấy hạt Hạt khônhẹ hơn sẽ ở phần trên của lớp sôi và được lấy ra khỏi thiết bị sấy một cách liên tục.Trong hệ thống sấy tầng sôi, truyền nhiệt và ẩm giữa tác nhân sấy và vật liệu sấy rất tốtnên trong cá hệ thống sấy hạt hiện có thì hệ thống sấy tầng sôi có năng suất lớn, thời giansấy nhanh và vật liệu sấy được sấy rất đều

Hệ thống sấy phun

Hệ thống sấy phun là một hệ thống sấy chuyên dùng để sấy các dung dịch huyềnphù như trong dây chuyền sản xuất sữa bột, sữa đậu nành… Thiết bị sấy trong hệ thốngsấy này thường là một hình chóp trụ, phần chóp hướng xuống dưới Dung dịch huyền phùđược bơm cao áp đưa vào các vòi phun hoặc trên các đĩa quay ở đỉnh tháp tạo thànhnhững hạt dung dịch bay lơ lửng trong thiết bị sấy Tác nhân sấy có thể được đưa vàocùng chiều hay ngược chiều thực hiện quá trình truyền nhiệt truyền ẩm với các hạt dungdịch và thoát ra ngoài qua cyclone Vật liệu khô thu được ở đáy chóp và được lấy rangoài hoặc liên tục hoặc định kỳ

2.3.4 Phân loại vật liệu sấy

Vật liệu ẩm được chia thành 3 nhóm khác nhau tùy theo tính chất keo – vật lý vàđặc biệt là khả năng thay đổi kích thước hình học trong quá trình tách ẩm của vật liệu:

+ Vật liệu thể keo: có tính chất đàn hồi, kích thước của vật liệu thay đổi lớn khi độ

ẩm thay đổi Cụ thể là khi tách ẩm kích thước của vật liệu co lại rất lớn, nhưng khi hút ẩm

nó lại trương nở ra Ví dụ như: Gelatin, Aga-Aga,…

+ Vật liệu mao quản xốp: có cấu trúc gồm những mao quản Kích thước của vật

liệu không thay đổi khi độ ẩm thay đổi Ví dụ như: Silicagel, than hoạt tính, than gỗ,…

+ Vật liệu keo mao quản: là những vật liệu có tính chất trung gian của hai nhóm

trên Nghĩa là chúng có tính đàn hồi và các mao quản của chúng có khả năng hấp thụnước Thuộc về nhóm này là các vật liệu có nguồn gốc thực vật

2.3.5 Các giai đoạn trong quá trình sấy

+ Giai đoạn 1: Giai đoạn đốt nóng nguyên liệu

Tại thời điểm bắt đầu quá trình sấy, nếu nhiệt độ của nguyên liệu thấp hơn nhiệt

độ bay hơi của đoạn nhiệt của không khí thì nhiệt độ của nguyên liệu sẽ tăng lên Giaiđoạn đốt nóng nguyên liệu thường diễn ra nhanh và độ ẩm của nguyên liệu chỉ giảm đi ít

+ Giai đoạn 2: Giai đoạn sấy đẳng tốc

Trong giai đoạn này độ ẩm của nguyên liệu sẽ giảm tuyến tính theo thời gian sấy.Tốc độ sấy trong giai đoạn này là một hằng số Theo lý thuyết, giai đoạn sấy đẳng tốc sẽkéo dài đến thời điểm khi độ ẩm của nguyên liệu đạt tới giá trị độ ẩm tới hạn wk

+ Giai đoạn 3: Giai đoạn sấy giảm tốc

Khi độ ẩm nguyên liệu đạt giá trị độ ẩm tới hạn, tốc độ sấy sẽ giảm dần Khi độ

ẩm của nguyên liệu đạt giá trị độ ẩm cân bằng, độ ẩm nguyên liệu không thể giảm thấphơn được nữa, tốc độ sấy bằng 0 Quá trình sấy xem như kết thúc

2.3.6 Cơ chế thoát ẩm ra khỏi vật liệu trong quá trình sấy

2.3.6.1 Quá trình khuếch tán nội

Quá trình khuếch tán nội là quá trình chuyển dịch ẩm từ các lớp bên trong ra lớp

bề mặt của vật liệu ẩm Động lực của quá trình này là do sự chênh lệch nồng độ ẩm giữacác lớp bên trong và các lớp bề mặt Ngoài ra, quá trình khuếch tán nội còn diễn ra doquá trình chênh lệch nhiệt độ giữa các lớp bên trong và các lớp bề mặt Qua nghiên cứu tathấy rằng ẩm dịch chuyển từ nơi có nhiệt độ cao đến nơi có nhiệt độ thấp Vì vậy, tùy

thuộc vào phương pháp sấy và thiết bị sấy mà dòng ẩm dịch chuyển dưới tác dụng củanồng độ ẩm và dòng dịch chuyển dưới tác dụng của nhiệt độ có thể cùng chiều hoặcngược chiều với nhau.

Ta có thể biểu thị tốc độ khuếch tán nội bằng phương trình sau:

= k.F.

Trong đó:

W: là lượng nước khuếch tán, (kg)

dt: là thời gian khuếch tán, (h)

F: là diện tích bề mặt khuếch tán, (m2)

k: là hệ số khuếch tán

: là gradien độ ẩm

Nếu hai dòng ẩm dịch chuyển cùng chiều với nhau sẽ làm thúc đẩy quá trình thoát

ẩm, rút ngắn thời gian sấy Nếu hai dòng ẩm dịch chuyển ngược chiều nhau sẽ kìm hãm

sự thoát ẩm, kéo dài thời gian sấy

2.3.6.2 Quá trình khuếch tán ngoại

Sự định kỳ chuyển hơi nước trên bề mặt nguyên liệu vào không khí gọi là quátrình khuếch tán ngoại Lượng nước bay hơi trong khuếch tán ngoại thực hiện dưới điềukiện áp suất hơi nước bão hòa trên bề mặt nguyên liệu (E) lớn hơn áp suất riêng phần củahơi nước trong không khí (e)

Lượng nước bay hơi trong quá trình khuếch tán ngoại thực hiện được dưới điềukiện áp suất hơi nước bão hòa (E) lớn hơn áp suất riêng phần của hơi nước trong không

khí (e) Sự chênh lệch đó là ∆P = E e Lượng hơi nước bay hơi tỷ lệ thuận với ∆P, với

bề mặt bay hơi và thời gian làm khô:

dW = B(E e).F.dt

Tốc độ bay hơi nước được biểu diễn như sau:

= B(E e).F

Trong đó:

W: là lượng nước bay hơi, (kg)

F: là diện tích bề mặt bay hơi, (m2)

dt: thời gian bay hơi, (h)

B: là hệ số bay hơi

2.3.6.3 Mối quan hệ giữa hai quá trình khuếch tán

Khuếch tán nội và khuếch tán ngoại có một mối quan hệ chặt chẽ với nhau, quátrình khuếch tán nội là động lực của quá trình khuếch tán ngoại và ngược lại Tức là khikhuếch tán ngoại được tiến hành khi khếch tán nội mới có thể được tiếp tục và như thế

ẩm độ ẩm của nguyên liệu mới được giảm dần Tuy nhiên trong quá trình sấy ta phải saocho hai quá trình này ngang bằng với nhau, tránh trường hợp khuếch tán ngoại lớn hơnkhuếch tán nội Vì khi đó sẽ làm cho sự bay hơi ở lớp bề mặt diễn ra mãnh liệt làm cho

bề mặt của sản phẩm khô cứng, hạn chế sự thoát ẩm Khi xảy ra hiện tượng đó ta khắcphục bằng cách sấy gián đoạn (quá trình ủ ẩm) mục đích là để thúc đẩy quá trình khuếchtán nội

2.4 Công nghệ sấy tầng sôi

2.4.1 Quy trình sản xuất tinh bột sắn

Hình 2.3 Sơ đồ quy trình sản xuất tinh bột sắn

SO2

Vỏ Đất, cát

Tách vỏ Rửa Cắt khúc Nghiền 1

Ly tâm tách bã

Ly tâm vắt Rửa tinh bột

Ly tâm tách dịch

Sấy

Đóng góiSắn

Sản phẩm

Ép Phơi khô

Bã

Dịch

Lắng

Nước Nước

Bao bì

Tinh

bột loại

2

Thức ăn gia súc

Nghiền 2Đánh tơi

2.4.2 Phương pháp sấy tầng sôi trong quá trình sấy tinh bột sắn

2.4.2.1 Ưu nhược điểm của phương pháp

* Ưu điểm:

Pha rắn được đảo trộn rất mãnh liệt, dẫn đến sự san bằng nhiệt độ và nồng độtrong toàn lớp hạt, nhờ đó tránh được nguy cơ quá trình nhiệt cục bộ, tạo điều kiện thuậnlợi cho nhiều quá trình trao đổi nhiệt và xúc tác dị thể được tiến hành ở mức tối ưu

Hệ số dẫn nhiệt cấp nhiệt từ bề mặt trao đổi nhiệt của thiết bị đến lớp sôi (hayngược lại) rất lớn Có thể so sánh với trường hợp của lỏng giọt Điều này rất quan trọng

vì cho phép không những giảm bề mặt truyền nhiệt, giảm thể tích thiết bị mà còn thựchiện nhiều quá trình hóa học và chuyển khối với hiệu suất cao

Tạo khả năng dùng các hạt rắn có kích thước nhỏ, tức là có bề mặt riêng lớn đểgiảm trở lực khuếch tán, tăng diện tích tiếp xúc pha, tăng năng suất thiết bị trong quátrình truyền nhiệt, chuyển khối, hóa học trên xúc tác pha rắn bởi vì nếu dùng các hạt cókích thước nhỏ ở trạng thái bất động thì nhiệt độ cũng như nồng độ có nguy cơ phân bốkhông đều theo cả chiều dọc cũng như tiết diện ngang của thiết bị, trở lực lớp hạt lớn, hệ

số trao đổi nhiệt và hệ số trao đổi chất nhỏ, diện tích tiếp xúc pha thực tế nhỏ hơn tổngdiện tích các hạt nhiều Tất cả điều ấy dẫn đến quá trình xảy ra không mãnh liệt, chấtlượng không đồng đều, hiệu quả sử dụng nguyên liệu và thiết bị thấp

Do tính linh động của lớp sôi nên dễ dàng nạp liệu và tháo sản phẩm, dễ thực hiệnquá trình liên tục, cơ giới hóa và tự động hóa, dễ điều chỉnh các thông số công nghệ nhưlưu lượng và áp suất

Trở lực tương đối nhỏ và ổn định, không phụ thuộc vào tốc độ pha khí trong giớihạn tồn tại trạng thái lỏng giả

Cấu tạo thiết bị tương đối đơn giản, gọn nhẹ và dễ chế tạo

* Nhược điểm:

Trong phạm vi một lớp vật liệu thì không có khả năng thực hiện quá trình theonguyên tắc các pha (vì bị khuấy trộn mãnh liệt) Do đó động lực của các quá trình truyềnnhiệt, chuyển khối không đạt được cực đại Điều này có thể được khắc phục bằng cách bốtrí thiết bị theo mô hình dãy hộp, tức là chuyển từ khuấy trộn lý tưởng sang đẩy lý tưởng

Thời gian lưu của các hạt trong lớp sôi không đều, dẫn đến hiện tượng có hạt lưulại quá ngắn, có hạt lại quá lâu so với thời gian trung bình cần thiết

Các hạt rắn bị va đập, bào mòn, vỡ vụn do đó thiết bị phải có thiết bị thu hồi bụi.Thiết bị tầng sôi phải chịu được mài mòn nhất là khi gia công các hạt có cạnh sắc

Có hiện tượng tích điện và tĩnh điện dẫn đến khả năng dễ gây cháy nổ

Vận tốc của pha khí bị giới hạn trong phạm vi cần thiết để duy trì trạng thái tầngsôi mà nhiều khi không phải thích hợp đối với quá trình công nghệ

2.4.2.2 Nguyên lý hoạt động

Không khí được quạt (1) đẩy vào caloriphe (2) để được đốt nóng rồi thổi vàobuồng sấy (3) Tại buồng sấy vật liệu sấy được nhập qua phễu tiếp liệu (4) Không khínóng thổi qua lưới phân phối khí (5) qua lớp vật liệu sấy, nhiệt được truyền tới bề mặt vậtliệu làm cho nước bốc hơi Hơi nước khuếch tán qua màng biên không khí và đươc mang

đi khỏi bởi dòng không khí di chuyển Không khí thổi qua lớp vật liệu làm chúng ở trạngthái lơ lửng và rung động mạnh, tăng diện tích bề mặt tiếp xúc với nhiệt Những hạt vậtliệu khô sẽ tự động rơi vào của tháo liệu (6) Không khí thải sẽ cuốn theo bụi cùng nhữnghạt vật liệu có kích thước nhỏ qua bộ phận xyclon (7) Những vật liệu có kích thước nhỏ

sẽ được thu lại còn không khí thải được quạt (8) hút đẩy ra ngoài qua màng lọc

Chương 3 TÍNH TOÁN THIẾT BỊ

Ta có các thông số ban đầu của vật liệu tinh bột sắn:

Năng suất: G2 = 500 (kg/h)

Độ ẩm và nhiệt độ trước khi sấy: W1 = 25%, θ1= 260C

Độ ẩm và nhiệt độ sau khi sấy: W2 = 12%, θ2= 400C

Với các thông số trên ta bắt đầu tính toán như sau:

3.1 Tính toán lượng ẩm cần bốc hơi

 Cân bằng vật liệu của máy sấy:

Để thành lập phương trình cân bằng vật liệu, dùng các ký hiệu:

G1: lượng vật liệu ẩm đi vào máy sấy; kg/h

G2: lượng vật liệu ra khỏi máy sấy; kg/h

W1, W2: lần lượt là độ ẩm ban đầu và độ ẩm cuối của vật liệu (tính theo khối lượngchung); %

W: lượng ẩm tách ra khỏi vật liệu trong quá trình sấy; kg/h

 Phương trình cân bằng vật liệu chung:

 Lượng ẩm bay hơi trong quá trình sấy:

W = G1 – G2 = G1 - = G1 [128 – III]

Hoặc: W = G2

W = 500 = 86,7 (kg/h)

G1 = G2 + W = 500+86,7 = 586,7 (kg/h)

3.2 Tính toán quá trình sấy lý thuyết

3.2.1 Xác định thông số không khí ngoài trời

Ta có nhiệt độ không khí và ẩm độ không khí (t0; φ0) = (270C; 80%)

Dựa vào đồ thị I – x ta tra đuợc:

I0 =73(kJ/kg kkk) , x0 = 0,019 (kg ẩm/kg kkk)

3.2.2 Xác định các thông số của tác nhân sấy trứơc khi vào thiết bị sấy (sau khi ra khỏi calorife)

Ta chọn nhiệt độ của tác nhân sấy trước khi vào buồng sấy là t1 = 800C

Khi gia nhiệt không khí trong bộ phận đốt nóng, trạng thái không khí biến đổi ở điềukiện x0 = const Nên ta có x1 = x0 = 0,019 (kg/kg kkk)

Tra đồ thị I – x ta được : I1= 132 (kJ/kg kkk), φ1=6,5%

3.2.3 Xác định các thông số của tác nhân sấy sau quá trình sấy lý thuyết

t1: là nhiệt độ của tác nhân sấy trước khi vào thiết bị sấy t1 = 800C

t2 : là nhiệt độ của tác nhân sấy sau khi ra khỏi thiết bị sấy t2 = 420C

i2: là entapy của hơi nước tính theo côngthức:

i2 = 2493 + 1,97.42 = 2575,8 (kJ/kg)

Cn: nhiệt dung riêng của hơi nước, Cn = 1,97 (kJ/kg 0C)

r0: ẩm nhiệt hóa hơi của hơi nước ở 00C, r0 = 2493 (kJ/kg)

3.3 Cân bằng nhiệt lượng của máy sấy

Để thành lập phương trình cân bằng nhiệt lượng, dùng các ký hiệu:

Q: nhiệt lượng tiêu hao chung cho máy sấy (W)

Qc: nhiệt lượng do bộ phận caloriphe cung cấp (W)

nhiệt lượng tiêu hao riêng cho máy sấy (J/kg ẩm)

I0, I1, I2: lần lượt là Entanpy của không khí trước khi vào caloriphe chính, sau khi ra khỏicaloriphe chính (bắt đầu vào phòng sấy) và sau khi ra khỏi phòng sấy (J/kg kkk)

t0, t1, t2: nhiệt độ của không khí trước khi vào caloriphe chính, sau khi ra khỏi caloriphechính và sau khi ra khỏi máy sấy (0C)

ϴ1, ϴ2: lần lượt là nhiệt độ của vật liệu trước khi vào phòng sấy và sau khi ra khỏi phòngsấy (0C)

Qm: nhiệt lượng mất mát ra môi trường xung quanh (W)

: nhiệt lượng mất mát riêng đối với 1kg ẩm ra môi trường xung quanh (J/kgẩm)

Cvl, Cnc: lần lượt là nhiệt dung riêng của vật liệu và của nước (J/kg.0C)

3.3.1 Các dòng nhiệt lượng đi vào máy sấy

3.3.2 Các dòng nhiệt lượng mang ra khỏi máy sấy

+ Do không khí thải: L.I2

+ Do mất mát ra môi trường xung quanh: Qm

Tổng nhiệt lượng ra khỏi máy sấy là:

+ Nhiệt lượng tiêu hao chung ở bộ phận calorife cũng có thể tính theo phương trình:

Cnc: nhiệt dung riêng của nước ở , Cnc= 4,19 (kJ/kg0K)

nhiệt độ ban đầu của vật liệu, C

nhiệt độ của vật liệu đi ra